Bab 2 Cahaya

CAHAYA

Cahaya dibutuhkan oleh setiap makhluk hidup. Tumbuhan hijau memerlukan cahaya matahari untuk melakukan fotosintesis. Manusia juga memerlukan cahaya matahari untuk kebutuhan hidupnya.

Pernahkah anda melihat dan memperhatikan kunang-kunang merupakan binatang yang dapat bercahaya dalam gelap. Cahaya yang dihasilkan kunang-kunang berupa cahaya tanpa panas yang disebut luminescence. Luminescence pada tubuh kunang-kunang dihasilkan oleh suatu zat bernama luciferin. Luciferin bergabung dengan oksigen untuk mengeluarkan cahaya. Pada bab ini akan dipelajari cahaya sebagai gelombang.

A.     Ringkasan Materi

1.      Pembiasan Cahaya pada Prisma.

Jika seberkas cahaya masuk pada sebuah prisma maka cahaya tersebut akan mengalami dua kali pembiasan. Sudut yang terbentuk antara sinar datang dan sinar bias bisa disebut sebagai sudut deviasi.

                                       β = sudut puncak sinar

                                       i₂ = sudut bias 2

                                       i₁ = sudut datang 1

Sudut deviasi minimum

= n₁₂

n₁₂  = indeks bias relatif zat optis 2 terhadap 1 jika δ kecil (< 15^o) maka

δ = (n₁₂ – 1) β

2.      Dispersi Cahaya

Dispersi adalah peruraian cahaya putih menjadi berbagai warna. Selisih sudut devisi kedua warna (merah dan ungu) disebut sudut dispersi (φ )

 

                                                              

            D_u = deviasi sinar ungu; D_m = deviasi sinar merah untuk sinar yang mengalami deviasi minimum

            φ = δ_u – δ_m

jika sudut pembias prisma kecil sehingga

δ = (n-1)β , maka φ = (n_u – n_m) β

3.      Interfensi Cahaya

 Interferensi terjadi ketika dua gelombang datang bersama pada suatu tempat. Ada dua syarat yang harus dipenuhi oleh dua sumber cahaya agar menghasilkan interferensi yang dapat diamati, yaitu:

a.       Kedua sumber cahaya harus koheren,yaitu keduanya harus memiliki beda fase yang slalu tetap, karena itu keduanya harus memiliki frekuensi yang sama. Beda fase ini boleh nol, tetapi tidak harus nol.

b.      Kedua gelombang cahaya harus memiliki amplitudo yang hampir sama. Jika tidak, interferensi yang dihasilkan kurang kontes.

a.      Interferensi Celah Ganda (Percobaan Young)

1)      Interferensi maksimum terjadi bila dua gelombang memiliki fase yang sama apabila selisih lintasannya sama dengan nol atau kelipatan bilangan bulat panjang gelombang (λ). Secara matematika dapat dituliskan:

                                            

                                             Dengan m = 0, 1, 2, ....

Karena  >> d, maka sudut θ sangat kecil,

Sehingga                                                    sehingga dapat dinyatakan dengan persamaan:

                                      

                                       Dengan p adalah jarak terang ke-m dari terang pusat.

2)      Interferensi minimum terjadi apabila kedua gelombang mempunyai beda lintasan sama dengan kelipatan bilangan ganjil setengah λ. Secara matematika dapat dituliskan:

 

                                                      Dengan m = 0, 1, 2, ....

Mengingat  , maka dapat dinyatakan                                        dengan p adalah jarak terang ke-m dari terang pusat.

3)      Jarak dua garis terang berurutan atau dua garis gelap berurutan sama dengan ∆p.

 

b.      Interferensi pada Cincin Newton

Merupakan pola interfernsi berupa lingkaran gelap terang.

·         Syarat terjadinya interfernsi  maksimum

2 . n . d . cos r =  ; m= 1,2,3, ...

·         Syarat terjadinya interfensi minimum

2 . n . d . cos r =m.  ; m= 0,1,2, ...

Misalnya pada lapisan sabun,minyak, dan sebagainya

c.       Interferensi pada Cincin Newton

Merupakan pola interferensi berupa lingkaran gelap terang .

·         Syarat terjadinya interferensi maksimum:

n.r_t² =   . R; m= 1,2,3,...

dengan : r_{1 ==} jari-jari lingkaran terang ke-m

                n = indeks bias medium

·         Syarat terjadinya interferensi minimumm:

n.r_g² = m .  . R ; m = 0,1,2

 

d.      Interferensi cahaya monokromatis oleh kisi:

-          Pada garis terang (interferensi max) jika:

d sin

-          Pada garis gelap (interferensi min) jika:

-          d sin

Jarak antara dua garis gelap atau dua garis terang

 

                                                                     

4)      Difraksi

      Difraksi gelombang adalah pembelokan gelombang (lenturan) karena adanya penghalang berupa celah . jika muka gelombang tiba pada celah sempit ,maka gelombang akan mengalami lenturan, sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang melebar di daerah belakang celah tersebut.

a.      Difraksi Celah Tunggal (difraksi Franhoufer)

Difraksi pada prinsip Huygen yang mengatakan bahwa tiap celah berperan sebagai gelombang.

Garis gelap ke-m terjadi jika:

d sin θ  =  ; m = 1, 2, 3, ...

untuk sudut yang kecil berlaku:

b.      Difraksi Celah Majemuk (kisi)

Kisi adalah ribuan celah berupa garis tiap sentimeter. Tetapan kisi dihitung dengan:

 

-          Pola difraksi maksimum diperoleh pada d sin  = m. λ dengan m = 0, 1, 2,...

-          Pola difraksi minimum diperoleh pada d sin  =  dengan m = 1, 2, 3,...

5)      Polarisasi

      Polarisasi adalah terserapnya sebagian arah getar gelombang, sehingga gelombang hanya memiliki satu arah getar.  Polarisasi hanya terjadi pada gelombang transversal dan tidak terjadi pada gelombang longitudinal. Snar alami pada umumnya bukan sinar terpolarisasi.

a.      Polarisasi karena Pemantulan

Bila sinar datang dari cermin datar dengan sudut datang 57⁰ , maka sinar pantul merupakan sinar terpolarisasi.

b.      Polarisasi karena pembiasan dan pemantulan

Cahaya panul terpolarisasi sempurna jika sudut datang θ₁ mengakibatkan sinar bias dengan sinar pantul saling tegak lurus. Sudut datang tersebut disebut sudut terpolarisasi atau sudut Brewster.

Besarnya sudut Brewster dirumuskan:

 

                                                      Dengan: θ= sudut brewster

                                                                      N_{1 =} indeks bias medium 1

                                                                      N₂ = indeks bias medium 2

c.       Polarisasi karena Pembiasan Ganda (Bias Kembar)

Jika cahaya melalui bahan-bahan kristal dengan dua indeks bias (seperti kalsit atau kuarsa), maka cahaya akan memiliki dua kelajuan yang erbeda atau mengalami dua sinar bias,siar pertama tidak dibelokkan dan sinar istimewa yang dibelokkan.

d.      Polarisasi karena absorbsi Selektif

Hukum Malus untuk polarisasi absorbsi selektif:

 

e.       Polarisasi Karena Hamburan

Hamburan adalah peristiwa penyerapan dan pemantulan kembali cahaya oleh suatu sistem partikel. Jika cahaya tidak terpolarisasi datang pada suatu gas, maka cahaya yang dihamburkan ke samping dapat terpolarisasi sebagian atau seluruhnya. Arah polarisasi sedemikian rupa sehingga tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk oleh garis sinar datang dengan garis penglihatan.

f.        Perputaran Bidang Polirasi

Jika cahaya terpolarisasi melewati suatu zat,maka arah polarisasi dapat berputar. Zat seperti ini disebut zat optik aktif, misalnya larutan gula pasir dan kristal kuarsa. Besarnya sudut perubahan aeah polarisasi cahaya θ tergantung pada panjang larutan (I)  , konsentrasi larutan (c) , maupun panjang gelombang cahaya yang digunakan ( , dirumuskan: θ = c. l .